1. 磁盘（Disk）

指利用磁记录技术存储数据的存储器。磁盘是计算机主要的存储介质，可以分为软盘和硬盘两类。

单个磁盘的局限性

容量有限，速度也有限。对于现代应用程序来说远远不够。

RAID的产生

• 充分利用多磁盘的优势——RAID（1988年提出）

• RAID （ Redundant Array of Independent Disks ）
  独立磁盘冗余阵列 / 磁盘阵列。用多个独立的磁盘组成在一起形成一个大的磁盘组，从而实现比单块磁盘更好的存储性能和更高的可靠性。

2. RAID的物理分类

• 磁盘阵列按照物理类型可以分为两大类。第一大类是通过硬件实现RAID功能，俗称硬RAID。
• 硬RAID通常有两种解决方案，一是采用外接式磁盘阵列柜，一般企业级应用需要。二是通过在电脑上加装磁盘阵列卡实现RAID。阵列卡带有缓存和电池，所以读写更快，而且在意外停电时电池可以保持缓存中的数据，等供电恢复时再写入，所以更稳定。
• 磁盘阵列的第二大类型是软件RAID，也就是利用软件模拟RAID，早期的软RAID不太稳定，速度也不及硬RAID，但随着技术的不断优化，软硬RAID差距不再明显。

3. RAID的逻辑分类

RAID 0

• RAID０就是将两块以上的硬盘并联起来，形成一个大的硬盘，这个硬盘的容量等于所有硬盘容量之和。在写数据时：RAID０将数据进行分段分别存入不同硬盘，读写操作由几块硬盘同时处理，因此它是所有磁盘阵列中读写速度最快的。
• 下面的图是一个典型的RAID0系统示意图，其中五个竖条代表五个磁盘，RAID０将磁盘横向逻辑分割，形成了一个个条带，条带横跨过的字节容量就是条带的长度，而一个条带所占用的单块磁盘上的区域称为一个Segment，一个Segment中所包含的data block的个数就是条带的深度。RAID０写数据时将数据分段，按条带并行写入所有磁盘，读数据时RAID控制器会计算出所需数据所处的物理磁盘的扇区号并进行读取。
• 以上可以看到RAID0最大的优点就是读写速度快，并且可以利用所有磁盘空间。但它有一个明显的缺点就是没有冗余和容错能力，也就是如果其中一块硬盘坏了，都会导致无法恢复出完整的数据，因此RAID0不适合存储重要数据。

RAID 1

• 与RAID0不同，RAID1是一种最安全的磁盘阵列。RAID１模式最少需要两块硬盘，所有硬盘互为镜像，每块硬盘上存储的数据都一模一样，阵列中只要有一块硬盘损坏，数据都可以完整读出来，因此安全性非常高。
• 但是也可以看出RAID１的写性能不如RAID０，因为数据没有分段，要同步的写入所有硬盘，写入时间以最慢的那个为准。并且硬盘利用率低，可用的容量是最小的单硬盘容量。所以RAID１适用于存储重要数据。

RAID 2

• RAID2模式最少三块硬盘，读写时需要对数据进行实时编码，并以位为单位分段写入不同的硬盘。
• RAID2为了保障数据的安全性，在读写时采用了汉明码校验算法实时校验数据。（汉明码校验原理见 汉明码（海明码）校验）由于汉明码校验技术比较复杂，硬件开销偏大，RAID2现已被淘汰。
• RAID 2是早期为了能进行即时的数据校验而研制的一种技术，适用于对数据即时安全性比较敏感的领域。

RAID 3

• RAID3是在RAID2基础上发展而来，它采用了更加简单的奇偶校验算法对数据进行校验，因此硬件开销相对较小。
• RAID3最少三块硬盘，有一块作为校验盘存放奇偶校验值。
• 奇偶校验值的计算是以各个硬盘的相对应位进行异或的逻辑运算，然后将结果写入校验盘。当要读的数据处于一个损坏的盘时，同时读取同一带区中的所有其它数据块，并根据校验值就可以重建丢失的数据。
• RAID3在读写操作时，将数据以位分段写入不同硬盘，与0、2一样数据是以条带为单位并行写入的，提高了磁盘的并行度。此外，RAID3与RAID2相比校验盘数量明显减少。
• 但是由于每次读写操作都会访问校验盘，容易损坏，不能校验数据，数据盘损坏，无法恢复数据。

RAID 4

• RAID4和RAID3相似，也是把校验数据单独放在一个硬盘中，只不过4对3做了简单改造，增大了条带深度，
• 也就是数据不再以扇区为单位分割，而是以数据块分割，数据块的大小由系统决定，通常比比特大很多，所以小文件的写入比RAID3快。
• 但RAID4与3一样写性能差，并且校验盘容易损坏。适用场景也跟3一样。

RAID 5

• RAID5与3、4原理相似，同样采用奇偶校验算法对数据进行校验，
• 但不同的是RAID３、4把校验数据存在一个硬盘里，RAID５的校验数据是分散存在各个硬盘里，每个硬盘里都有校验数据P，当一块硬盘损坏，所有其他盘里的数据配合校验信息可以进行恢复，避免了RAID３校验盘坏了无法恢复数据的情况，并且解决了校验盘争用的问题。
• RAID5至少三块硬盘，以三块硬盘为例的话，每个硬盘的1/3空间作为冗余，存放校验数据，另外2/3空间存原始数据。
• RAID 5可以理解为是RAID 0和RAID 1的折中方案。RAID5的读速度与0相近，写速度不如0，因为每次写还要产生其校验数据。但是安全性比0高，硬盘利用率比RAID1高
• 缺点：损坏两块无法恢复。

RAID 6

• RAID６与RAID５相比，也是将校验数据分散在硬盘里，但是增加到了两个硬盘空间存放校验数据，来解决两个盘损坏，恢复数据的问题。
• 这导致RAID６最少需要四块硬盘才行，RAID６模式数据安全性非常高，使用不同的校验算法，计算了两个校验值，分别是P和Q，P是一个分层校验,与RAID345的计算原理一样，Q是一个总体校验，给数据盘加了一组线性不相关的系数，，相当于数学上的两个方程式，可以解出两个未知数，所以RAID6任意坏两块硬盘，都能实现数据完全恢复。安全性相对RAID５更高一级，
• 但因为采用两种奇偶校验算法校验数据，校验数据量是RAID５的两倍，同时校验算法计算量也偏大，导致RAID６读写速度不及RAID５。

4. 混合RAID：RAID 10

• 除了常规的七种外，还有其他兼有多种优点的RAID，也就是混合RAID，RAID 10是最常见的混合RAID之一。
• 把RAID1和RAID0两种模式合二为一，最少需要四块硬盘，先将两两硬盘作镜像组成RAID1模式，然后把两组RAID1并列组成RAID0模式，
• 这样既保证了数据安全，又大幅提升了读写速度。缺点是可用容量只有总容量的一半。

5. RAID小结

• 以上可以看出RAID的一个发展过程，从刚开始的RAID0和RAID1极端追求速度和安全，到后面的RAID2到RAID6引入校验技术逐渐权衡两者。
• 在实际应用中，RAID0、1、5、6是比较常见的。
• 虽然除了RAID0以外的其他RAID模式都提供了数据安全保障机制，但是RAID不能替代备份！为了数据的完全安全，仍需要备份存储在RAID上的数据。

参考：《大话存储Ⅱ—存储系统架构与底层原理极限剖析》